Механические свойства керамики на основе нитрида кремния со спекающей добавкой Yb2O3

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

В работе исследованы фазовый состав и механические свойства керамики Si3N4 в зависимости от содержания Yb2O3. Показано, что для всех образцов основным компонентом межзеренной фазы было соединение Yb4Si2O7N2, а сопутствующими фазами – силикаты иттербия, количество которых возрастало с увеличением содержания Yb2O3 в исходных порошках. Выявлена тенденция к снижению прочности на изгиб с увеличением содержания спекающей добавки как при комнатной температуре, так и при 1600°С. Кривые перемещения-нагрузки при 1600°С показали пластический характер деформации и текучесть материала, которая росла с увеличением количества Yb2O3, что обусловлено неполной кристаллизацией межзеренной фазы.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Н. К. Георгиу

АО “ОНПП “Технология” им. А.Г. Ромашина”

Author for correspondence.
Email: info@technologiya.ru
Russian Federation, Киевское ш., 15, Обнинск, Калужская обл., 249030

Е. С. Жукова

АО “ОНПП “Технология” им. А.Г. Ромашина”

Email: info@technologiya.ru
Russian Federation, Киевское ш., 15, Обнинск, Калужская обл., 249030

А. И. Жмурин

АО “ОНПП “Технология” им. А.Г. Ромашина”

Email: info@technologiya.ru
Russian Federation, Киевское ш., 15, Обнинск, Калужская обл., 249030

А. И. Ганичев

АО “ОНПП “Технология” им. А.Г. Ромашина”

Email: info@technologiya.ru
Russian Federation, Киевское ш., 15, Обнинск, Калужская обл., 249030

М. Г. Лисаченко

АО “ОНПП “Технология” им. А.Г. Ромашина”

Email: info@technologiya.ru
Russian Federation, Киевское ш., 15, Обнинск, Калужская обл., 249030

М. Ю. Русин

АО “ОНПП “Технология” им. А.Г. Ромашина”

Email: info@technologiya.ru
Russian Federation, Киевское ш., 15, Обнинск, Калужская обл., 249030

References

  1. Андриевский Р.А., Спивак И.И. Нитрид кремния и материалы на его основе. М.: Металлургия, 1984. 136 с.
  2. Исследование нитридов / под. ред. Самсонова Г.В. Киев: ИПМ АН УССР, 1975. 226 с.
  3. Katz R.N. Commercial Applications of Silicon Nitride Based Ceramics // Mater. Technol. 1993. V. 8. № 7–8. P. 142–148. https://doi.org/10.1080/10667857.1993.11784967
  4. CeramTec Industrial [Электронный ресурс] URL: https://www.ceramtec-industrial.com/en/materials/silicon-nitride (дата обращения: 21.05.2024).
  5. Klemm H. Silicon Nitride for High-Temperature Applications // J. Am. Ceram. Soc. 2010. V. 93. № 6. P. 1501–1522. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2010.03839.x
  6. van Roode M., Ferber M.K., Richerson D.W. Ceramic Gas Turbine Design and Test Experience: Progress in Ceramic Gas Turbine Development. V. I. N. Y.: ASME PRESS, 2002. 722 p.
  7. van Roode M., Ferber M.K., Richerson D.W. Ceramic Gas Turbine Component Development and Characterization: Progress in Ceramic Gas Turbine Development. V. II. N. Y.: ASME PRESS, 2003. 775 p.
  8. Kingery W.D. Densification during Sintering in the Presence of a Liquid Phase. I. Theory // J. Appl. Phys. V. 30. 1959. P. 301–306. https://doi.org/10.1063/1.1735155
  9. Svoboda J., Riedel H., Gaebel R. A Model for Liquid Phase Sintering // Acta Mater. 1996. V. 44. № 8. P. 3215–3226.
  10. German R.M. Liquid Phase Sintering. N.Y.: Springer, 1985. P. 244. https://doi.org/10/1007/978-1-4899-3599-1
  11. Weiss J., Kaysser W.A. Liquid Phase Sintering // Prog. Nitrogen Ceram. 1983. V. 65. P. 169–186.
  12. Riley F.L. Silicon Nitride and Related Materials // J. Am. Ceram. Soc. 2000. V. 83. № 2. P. 245–265. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2000.tb01182.x
  13. Nishimura T., Guo S., Hirosaki N., Mitomo N. Improving Heat Resistance of Silicon Nitride Ceramics with Rare-Earth Silicon Oxynitride // J. Ceram. Soc. Jpn. 2006. V. 114. № 11. Р. 880–887. https://doi.org/10.2109/jcersj.114.880
  14. Yoshida M., Tanaka K., Kubo T, Terazono H., Tsuruzono S. Development of Ceramic Components for Gas Turbine Engine (CGT302) // Am. Soc. Mech. Enj. 1998. P. 8. https://doi.org/10.1115/98-GT-398
  15. Ohji T. Long-term Tensile Creep Behavior of Highly Heat-resistant Silicon Nitride for Ceramic Gas Turbines // Ceram. Eng. Sci. Proc. 2001. V. 22 [3]. P. 159–166. https://doi.org/10.1002/9780470294680.ch18
  16. Торопов Н., Бондарь И., Лазарев А., Смолин Ю. Силикаты редкоземельных металлов и их аналоги. М.: Наука, 1971. 230 с.
  17. Levin E.M., Robbins C.R., McMurdie H.F. Phase Diagrams for Ceramists // J. Am. Ceram. Soc. 1964. 601 p.
  18. Nishimura T., Mitomo M., Suematsu H. High Temperature Strength of Silicon Nitride Ceramics with Ytterbium Silicon Oxynitride // J. Mater. Res. 1997. V. 12. № 1. P. 203–209. https://doi.org/10.1557/JMR. 1997.0027
  19. Park H., Kim H., Niihara K. Microstructural Evolution and Mechanical Properties of Si3N4 with Yb2O3 as a Sintering Additive // J. Am. Ceram. Soc. 1997. V. 80. № 3. P. 750–756. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.1997.tb02892.x
  20. Самсонов Г.В. и др. Физико-химические свойства окислов. Справочник. М.: Металлургия, 1978. 472 с.
  21. Zhu X., Hirao K., Ishigaki T., Sakka Y. Potential Use of Only Yb2O3 in Producing Dense Si3N4 Ceramics with High Thermal Conductivity by Gas Pressure Sintering // Sci. Technol. Adv. Mater. 2010. V. 11. № 6. P. 11. https://doi.org/10.1088/1468-6996/11/6/065001
  22. Hoffmann M.J. High-temperature Properties of Yb-containing Si3N4 // NATO ASI Series. Series E: Applied Sciences. V. 276: Tailoring of mechanical properties of Si3N4 ceramics / Eds. Hoffmann M. J., Petzow G. Dordrecht: Kluwer, 1993. P. 233–244.
  23. Clarke D.R., Lange F.F., Schnittgrund G.D. Strengthening of a Sintered Silicon Nitride by a Post-Fabrication Heat Treatment // J. Am. Ceram. Soc. 1982. V. 65. № 4. P. 51–53. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916. 1982.tb10415.x
  24. Raj R., Lange F.F. Crystallization of Small Quantities of Glass (or a Liquid) Segregated in Grain-boundaries // Acta Metall. 1981. V. 29. № 12. P. 1993–2000. https://doi.org/10.1016/j.0001-6160(81)90036-5

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Change in the mass of Si3N4 samples.

Download (62KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. X-ray diffraction patterns of sintered Si3N4 samples (X-ray diffraction patterns numbers correspond to sample numbers in Table 2).

Download (213KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Micrograph of sample 3 and element distribution maps.

Download (804KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. X-ray spectra of sample 3 at points 1 (a) and 2 (b): 1 – Si3N4 grain, 2 – intergranular phase.

Download (231KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Dependences of the bending strength of sintered Si3N4 samples with additives of 7.5–20 wt.% Yb2O3 at room temperature and at 1600°C.

Download (123KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Load-displacement diagram of the crosshead during testing the bending strength of sintered Si3N4 samples at 1600°C.

Download (170KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. SEM images of a Si3N4 ceramic sample with the addition of 10 wt.% Yb2O3.

Download (386KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences